來自凌力爾特的LTC4366高壓浪涌抑制器應(yīng)用深入講解

　　LTC4366浪涌抑制器可保護負載免遭高壓瞬變的損壞。通過控制一個外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過壓瞬變過程中調(diào)節(jié)輸出。在MOSFET兩端承載過壓的情況下，負載可以保持運作狀態(tài)。在返回線路中布設(shè)一個電阻器可隔離LTC4366，并允許其隨電源向上浮動；因此，輸出電壓的上限僅取決于高值電阻器的可用性和MOSFET的額定規(guī)格。

　　一個可調(diào)的過壓定時器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個附加的9s定時器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機引腳負責在停機期間將靜態(tài)電流減小至14A以下。在一個故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執(zhí)行自動重試操作。

　　應(yīng)用信息

　　LTC4366的典型應(yīng)用是一種需要過壓保護的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在過壓瞬變期間安全地向負載分配功率。下面討論外部組件的選擇。

　　雙并聯(lián)穩(wěn)壓器

　　LTC4366將兩個并聯(lián)穩(wěn)壓器與外部降壓電阻器RSS和RIN配合使用，以在VDD和OUT引腳上產(chǎn)生內(nèi)部電源軌。這些并聯(lián)調(diào)節(jié)電源軌可提供針對電路輸入電壓無限度的高電壓瞬變之過壓保護，而與LTC4366內(nèi)部電路的額定電壓無關(guān)。

　　在啟動的起點、停機期間或過壓故障之后，GATE引腳電壓被箝位至OUT引腳，由此關(guān)斷MOSFET。這允許利用輸出負載和RSS將VSS和OUT引腳拉至地電位。在這種情況下，VDD引腳電壓利用一個12V并聯(lián)穩(wěn)壓器箝位至VSS。然后，把（完整電源電壓–12V）施加至負責設(shè)定分路電流RIN電阻器上。分路電流可以高達10mA，這比VDD引9A的典型靜態(tài)電流高出了幾個數(shù)量級。

　　在正常操作模式中，OUT電壓等于輸入電源電壓。當C1滿充電時，IC1在這一點上為零。在這種情況下，利用一個5.7V并聯(lián)穩(wěn)壓器對OUT和VSS引腳之間的電壓進行箝位。（輸入電源電壓–5.7V）被加至RSS上。RSS電流被分為三塊：5.7V分路電流、OUT和VSS之間的偏置電流以及最終的RIN電流。5.7V分路電流可高達10mA，大大超過了典型的OUT（160A）偏置電流。

　　開機時序

　　在輸入電源上升之后，VDD和VSS引腳之間的電壓并聯(lián)將調(diào)節(jié)至12V。接著，在內(nèi)部生成的電源VCC產(chǎn)生一個30s的上電復(fù)位脈沖，該脈沖將進行故障鎖存器的清零以及內(nèi)部鎖存器的初始化。然后，停機比較器確定SD引腳是否被外部拉至低電平，如果“是”則請求進入一種低偏置電流停機狀態(tài)。否則將允許外部MOSFETM1開通。

　　從VDD引腳接入，通過7.5AGATE上拉電流源給MOSFET柵極上電，這種方法被稱為“自舉”的方法。當GATE電壓達到VDD引腳電壓（減去一個肖特基二極管壓降）時，7.5A電流源將失去電壓降并停止向GATE充電（圖2中間的那個波形）。自舉法依賴于在GATE引腳電壓停止上升之后將C1充電至一個足夠的電壓。C1上的電壓隨后用作一個充電泵的電源，此充電泵負責把柵極充電至其終值（即：OUT+12V）。如果充電泵電流超過C1充電電流，則C1將放電。倘若C1電壓低于4.35V以下，則充電泵將暫停操作，并讓C1再充電。

　　如果電源開通并在大負載情況下不能把C1充起來，就有可能導(dǎo)致過熱現(xiàn)像的發(fā)生，并隨之造成器件受損。在柵極和輸出斜坡上升時，MOSFET兩端的壓降為輸入電源電壓減去輸出電壓。如果電源電壓低于C1充電所需的數(shù)值，則輸出將無法斜坡上升超越（電源電壓–MOSFET門限）。這種3V至5V的MOSFET壓降以及高負載電流將導(dǎo)致沒有任何保護或超時限值的功率耗散。

　　過壓故障

　　LTC4366可避免輸入電源上的過壓到達負載。一般地，傳輸晶體管完全導(dǎo)通，并以非常小的電壓降給負載供電。當輸入電壓增加時，OUT電壓增加，直至其達到調(diào)節(jié)點（VREG）為止。從該點起，任何進一步的電壓增加都將降落在MOSFET的兩端。請注意，由于MOSFET仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此LTC4366可在短時間過壓過程中實現(xiàn)不間斷的運作。

　　VREG調(diào)節(jié)點利用兩個FB電阻器（RFB1和RFB2）來配置。調(diào)節(jié)放大器負責將FB引腳電壓與（門限OUT引腳電壓–1.23V）進行比較。在調(diào)節(jié)期間RFB1兩端的壓降為1.23V，而剩余的VREG電壓則降落在RFB2的兩端。當輸出位于調(diào)節(jié)點時，起動一個定時器以避免MOSFET中產(chǎn)生過大的功率耗散。通常利用一個1.8A下拉電流將TIMER引腳保持于低電平。在調(diào)節(jié)期間，TIMER引腳以9A的電流進行充電。如果調(diào)節(jié)點的保持時間之長足以使TIMER引腳電壓達到2.8V，則產(chǎn)生一個過壓故障鎖定。用于設(shè)定定時器電容器的公式為：

　　CT=3.5?t［nF/ms］

　　視版本的不同，該器件將冷卻并自動起動（LTC4366-2），或者保持鎖斷狀態(tài)直到SD引腳啟動一個重起為止（LTC4366-1）。冷卻時間通常為9秒，這提供了一個非常低的脈沖電源占空比。

　　在輸入電源過壓和滿負載電流條件下啟動確實會使MOSFET的功率耗散遠遠超過一般過壓浪涌時的水平。在柵極和輸出電壓斜坡上升期間，部分電源電壓（在滿電流時）降落在MOSFET的兩端。在啟動之后，正常的過壓浪涌發(fā)生在MOSFET關(guān)斷之前。對于MOSFET的安全工作區(qū)（SOA）計算，“設(shè)計實例”部分僅考慮了正常的過壓浪涌。在過壓情況下啟動將需要對SOA做更多的考慮。

　　停機

　　LTC4366具有一種低電流（《20A）停機狀態(tài)，該狀態(tài)可通過利用一個開關(guān)電阻把GATE和OUT引腳連接在一起以關(guān)斷傳輸FET。在正常操作條件下，一個1.6A電流源將SD引腳上拉至VDD引腳電壓。當不使用停機狀態(tài)時，則SD引腳連接至VDD。SD引腳拉至低于（VDD引腳電壓–1.5V）并持續(xù)超過700s的濾波器時間，將啟動停機狀態(tài)。該濾波器時間用于避免在瞬變期間發(fā)生不希望的停機啟動。SD引腳通過二極管箝位在VSS–0.7V，這需要對下拉器件進行電流限（最大值為10mA）。限流的方法之一是連接一個與集電極開路下拉器件相串聯(lián)的外部470k電阻器。啟動外部下拉電流源將超過內(nèi)部1.6A上拉電流源，并使得SD引腳電壓越過停機門限。在一個過壓故障之后，把器件置于停機狀態(tài)可將清除故障，從而在LTC4366退出停機狀態(tài)時立即恢復(fù)運作。